Cheminės reakcijos greičio priklausomybė nuo koncentracijos

Įvadas

Cheminė kinetika yra fizikinės chemijos šaka, tirianti cheminės reakcijos greitį ir jo priklausomybę nuo įvairių veiksnių. Reakcijos greitis yra vienas svarbiausių veiksnių, leidžiančių suprasti, kaip vyksta cheminiai procesai. Šiame straipsnyje nagrinėsime, kaip reagentų koncentracija įtakoja cheminės reakcijos greitį.

Kas yra cheminė reakcija?

Cheminė reakcija - tai procesas, kurio metu vienos medžiagos (reagentai) virsta kitomis medžiagomis (produktais). Reakcijos metu atomai persigrupuoja, susidaro nauji cheminiai ryšiai, o senieji nutrūksta.

Kas yra cheminės reakcijos greitis?

Cheminės reakcijos greitis - tai medžiagos kiekio pakitimas per laiko vienetą fazės tūryje (homogeninės reakcijos) arba fazių skiriamojo paviršiaus vienetiniame plote (heterogeninės reakcijos). Kitaip tariant, tai reagentų arba produktų koncentracijos pokytis per laiko tarpą. Reakcijos greitis gali būti išreikštas moliais per litrą per sekundę (mol/L·s) arba kitais atitinkamais vienetais.

Vidutinis reakcijos greitis apskaičiuojamas pagal formulę:

v = ± Δc / Δt

kur:

Taip pat skaitykite: Streso valdymas

• v - reakcijos greitis,
• Δc - koncentracijos pokytis,
• Δt - laiko pokytis.

Reagentų koncentracijos pokytis yra neigiamas, todėl skaičiuojant greitį pagal reagentų koncentracijų pokytį taikoma formulė:

v = - Δc / Δt

Produktų koncentracijos pokytis yra teigiamas, todėl skaičiuojant greitį pagal produktų koncentracijų pokytį taikoma formulė:

v = Δc / Δt

Veiksniai, turintys įtakos reakcijų greičiui

Cheminės reakcijos greitis priklauso nuo daugelio veiksnių, kuriuos galima suskirstyti į keturias pagrindines grupes:

1. Reaguojančių medžiagų prigimtis.
2. Reagentų koncentracija.
3. Temperatūra.
4. Katalizatoriai.

Reagento prigimties įtaka cheminės reakcijos greičiui

Cheminių reakcijų greitis priklauso nuo jų prigimtinių savybių. Pavyzdžiui, šarminiai metalai (IA grupė) kambario temperatūroje labai audringai reaguoja su vandeniu, o šarminiai žemių metalai (IIA grupė) tomis pačiomis sąlygomis reaguoja daug lėčiau. Šarminių metalų cheminis aktyvumas rodo, kad su daugeliu medžiagų jie reaguoja labai greitai.

Reagentų koncentracijos įtaka reakcijų greičiui

Reagentų koncentracija yra vienas iš pagrindinių veiksnių, turinčių įtakos reakcijos greičiui. Veikiančiųjų masių dėsnis teigia, kad cheminės reakcijos greitis yra tiesiogiai proporcingas reaguojančių medžiagų koncentracijų sandaugai. Kitaip tariant, didėjant reagentų koncentracijai, didėja ir reakcijos greitis.

Taip pat skaitykite: Tyrimas: Fotosintezė ir šviesos intensyvumas

Pavyzdžiui, chloro ir vandenilio jungimosi reakcijos greitis:

Cl2(d) + H2(d) → 2HCl(d)

yra tiesiogiai proporcingas chloro ir vandenilio koncentracijoms. Tai reiškia, kad padidinus chloro arba vandenilio koncentraciją, reakcija vyks greičiau.

Junginiuose, kuriuose rūgšties koncentracija yra didesnė, reakcijos vyksta greičiau. Tai taip pat patvirtina, jog cheminių reakcijų greitis yra tiesiogiai proporcingas reagentų koncentracijoms.

Temperatūros įtaka reakcijų greičiui

Temperatūra taip pat turi didelę įtaką reakcijos greičiui. Van’t Hoffo taisyklė teigia, kad pakėlus temperatūrą 10 °C, reakcijos greitis padidėja 2-4 kartus. Tai paaiškinama tuo, kad aukštesnėje temperatūroje daugiau molekulių turi pakankamai energijos, kad įvyktų sėkmingas susidūrimas ir reakcija.

Katalizatorių įtaka reakcijų greičiui

Katalizatoriai yra medžiagos, kurios pagreitina arba sulėtina chemines reakcijas, pačios nereaguodamos. Katalizatoriai sumažina aktyvacijos energiją - energijos kiekį, reikalingą reakcijai pradėti. Sumažinus aktyvacijos energiją, daugiau molekulių gali reaguoti, todėl reakcijos greitis didėja.

Taip pat skaitykite: Įveikimo būdai

Katalizatoriai reakcijų metu išlieka chemiškai nepakitę. Jeigu reakcijai A + B → AB naudojamas katalizatorius K, tai vienas iš reagentų (pvz., A) su katalizatoriumi sudaro nepatvarų tarpinį junginį AK:

A + K → AK

Tarpinis junginys AK reaguoja su antruoju reagentu B, susidaro reakcijos produktas AB ir katalizatorius K:

AK + B → AB + K

Katalizatoriai naudojami ne tik chemijos pramonėje didinant cheminių reakcijų greitį, bet ir automobiliuose siekiant sumažinti aplinkos taršą kenksmingomis medžiagomis.

Gyvuosiuose organizmuose veikiantys katalizatoriai vadinami fermentais. Fermentai (arba enzimai) - tai baltymai, katalizuojantys chemines reakcijas. Jie, kaip ir neorganiniai katalizatoriai, neįeina į galutinių produktų sudėtį. Kiekvieno fermento molekulėje yra įdubimas, kurio forma atitinka reaguojančią molekulę. Šis įdubimas vadinamas aktyviuoju centru. Fermentas atpažįsta molekulę kaip spyna atpažįsta raktą.

Fermentams būdingas specifiškumas. Tam tikras fermentas katalizuoja tik vieną kokią nors reakciją. Fermento aktyvumas priklauso nuo temperatūros ir nuo tirpalo terpės.

Kinetinė analizė

Kinetinė analizė yra medžiagos koncentracijos nustatymas, pagrįstas cheminės reakcijos greičio priklausomybe nuo reaguojančiųjų medžiagų koncentracijos. Analitė (nustatomoji medžiaga) gali būti vienas iš reaguojančių junginių arba reakcijos katalizatorius. Reakcijos greitis apskaičiuojamas titrimetriniais, optiniais, elektrocheminiais ir kitais analizės metodais nustačius vienos iš reaguojančiųjų medžiagų arba reakcijos produktų koncentracijos kitimą laike. Kinetinės analizės metodas dažniausiai taikomas tik homogeninėms cheminėms reakcijoms - oksidacijos‑redukcijos, kompleksinių junginių susidarymo, izotopų mainų, fermentinėms. Radimo riba siekia iki apie 10-12 g/ml.

Homogeninės ir heterogeninės reakcijos

Reakcijos skirstomos į homogenines ir heterogenines. Homogeninės reakcijos vyksta vienalytėje fazėje (pvz., tik dujose arba tik skystyje), o heterogeninės reakcijos vyksta tarp skirtingų fazių (pvz., tarp kietosios ir skystosios fazių).

Homogeninės reakcijos greitis yra tiesiogiai proporcingas reaguojančių medžiagų koncentracijai. Heterogeninių reakcijų greičio priklausomybė nuo koncentracijos yra sudėtingesnė, nes procesas priklauso ne tik nuo pradinių medžiagų, bet ir nuo reakcijos produktų pernašos iš fazių skiriamojo paviršiaus į fazės tūrį. Jei cheminė reakcija fazių skiriamajame paviršiuje vyksta sparčiau už medžiagų pernašą, reakcijos greitį lemia difuzija.

Cheminių reakcijų greičio matavimas

Cheminių reakcijų greitis gali būti matuojamas įvairiais metodais, priklausomai nuo reakcijos tipo ir sąlygų. Dažniausiai naudojami metodai:

• Titrimetrija: Reakcijos greitis nustatomas pagal reagentų arba produktų koncentracijos kitimą, titruojant mėginius tam tikrais laiko intervalais.
• Spektrofotometrija: Reakcijos greitis nustatomas pagal reagentų arba produktų absorbcijos kitimą tam tikrame bangos ilgyje.
• Elektrocheminiai metodai: Reakcijos greitis nustatomas pagal elektrodo potencialo arba srovės kitimą.
• Manometrija: Reakcijos greitis nustatomas pagal dujų slėgio kitimą.

Cheminių reakcijų greičio reguliavimas

Cheminių reakcijų greitį galima reguliuoti keičiant įvairius veiksnius, tokius kaip:

• Koncentracija: Padidinus reagentų koncentraciją, reakcijos greitis didėja.
• Temperatūra: Padidinus temperatūrą, reakcijos greitis didėja.
• Katalizatoriai: Naudojant katalizatorius, reakcijos greitis gali būti padidintas arba sumažintas.
• Slėgis: Dujų fazės reakcijoms padidinus slėgį, reakcijos greitis didėja.

tags: #reakcijos #greicio #priklausomybe #nuo #koncentracijos